Teilchenphysik Cern-Forschende kühlen Anti-Wasserstoff mit Laserlicht ab

Am Cern ist es gelungen, Anti-Wasserstoff mit Laserlicht abzubremsen und beinahe auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abzukühlen. Damit sollen präzisere Tests am Antiteilchen des Wasserstoffs möglich werden, um einst das Rätsel unserer Existenz zu lösen.

Kurz nach dem Urknall vor rund 13,8 Milliarden Jahren soll eigentlich gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden sein. Treffen die Teilchen aufeinander, vernichtet sich das Paar jedoch in einem Blitz aus reiner Energie. Und doch gibt es im Weltall Sterne, Planeten und die Menschheit. Das Standardmodell der Teilchenphysik liefert bisher keine Erklärung für den Bruch dieser sogenannten CP-Symmetrie.

Indem die Teilchenphysiker des internationalen Alpha-Experiments Anti-Wasserstoff bis ins kleinste Detail vermessen, hoffen sie, dieses Rätsel zu lösen. Im Fachblatt «Nature» berichten sie nun, Atome von Anti-Wasserstoff mit einem Strahl aus ultraviolettem Laserlicht drastisch abgebremst zu haben. Damit eröffnet sich der Weg für viel präzisere Messungen der inneren Struktur von Anti-Wasserstoff und seines Verhaltens unter dem Einfluss der Schwerkraft, wie das Cern in einer Mitteilung schrieb.

Vergleicht man solche Messungen mit denen von normalem Wasserstoff, liessen sich Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie aufdecken. Falls solche vorhanden wären, gäbe das Hinweise auf neue physikalische Gesetzmässigkeiten.

Science-Fiction wird Realität

Seit mehreren Jahren untersuchen die Teilchenphysiker am Cern Atome aus Anti-Wasserstoff, das sich aus einem Antiproton und einem Positron – dem Antiteilchen des Elektrons – zusammensetzt. Dazu fangen sie die Teilchen in einer magnetischen Falle ein, um sie zu erforschen. Doch bisher sausten die Anti-Atome dort schnell umher, was die Präzision der Experimente limitierte.

Die Technik der Laserkühlung wurde erstmals vor 40 Jahren an gewöhnlichen Atomen demonstriert. Doch bisher taten sich Physiker schwer daran, mit Laserstrahlen auch Anti-Teilchen abzubremsen und abzukühlen. «Dies ist das mit Abstand schwierigste Experiment, das wir je durchgeführt haben», sagte denn auch Jeffrey Hangst, Sprecher des Alpha-Experiments, gemäss der Mitteilung. Vor einem Jahrzehnt habe Laserkühlung von Antimaterie noch wie Science-Fiction geklungen.

https://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03289-6